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燃气工程施工与概算 张增刚山东建筑大学热能工程学院燃气教研室 第一章燃气工程常用钢材 管材和配件 主要内容 一 钢材二 管道标准三 管材四 管件五 阀门与法兰 1 钢的分类 铁和碳 2 以下 按化学成分 碳素钢 主要Fe C Si Mn S P O N 有害 低碳钢 C小于0 25 中碳钢 C0 25 0 6 高碳钢 C大于0 6 合金钢 含有Si Mn 钒 钛等合金元素 低合金钢 合金元素小于5 中合金钢 合金元素5 10 高合金钢 合金元素大于10 第1节钢材 按钢中有害杂质的含量普通钢 优质钢和高级优质钢根据用途不同结构钢 工具钢和特殊性能钢 燃气工程常用钢 低碳钢 优质碳素结构钢 低合金结构钢 2钢中化学元素对钢材性能的影响抗拉 冷弯 冲击韧性和硬度等性能受到钢中元素的影响 化学元素成分的影响Fe C对钢材性能起主导作用C含量高 抗拉强度和硬度提高 伸长率和冲击韧性降低 含碳量超过0 3 钢的可焊性显著下降 Si Mn对低合金钢 提高钢材强度 P S O 为有害杂质 均可降低其可焊性 N对钢材性质的影响与碳相似 Ti钛能提高强度 改善韧性 提高可焊性 V钒能提高强度 3常用钢材的标准和选用燃气工程常用钢材 钢结构用钢材 管道 储罐等 及钢筋混凝土结构用钢筋 钢结构用钢材普通碳素结构钢优质碳素结构钢低合金结构钢高压燃气储罐用钢材 普通碳素结构钢标准 普通碳素结构钢技术条件 GB700 79 碳素结构钢 GB700 88 碳素结构钢 GB T700 2006 背景 前称普通碳素结构钢 分甲类钢 乙类钢 特类钢三类 GB T700 1988国家标准制定时 非等效采用国际标准ISO63021980 结构钢 对普通碳素结构钢体系进行了改革 以钢的屈服强度表示钢的牌号 并按钢中硫 磷含量高低划分质量等级 改名为碳素结构钢 标准中设Q195 Q215 Q235 Q255 Q275五个牌号 字母Q代表钢屈服点 数值代表钢屈服点值 其中Q195不分质量等级 Q215分A B两级 Q235 Q275分A B C D四级 C D级钢相当于优质碳素结构钢 其他相当于原普通碳素结构钢 第1节钢材 标准与选用 GB T700 2006 第1节钢材 标准与选用 GB T700 2006 钢号表示依据 碳素结构钢 GB T700 2006及GB T221 2000标准 参照国外钢铁产品牌号表示方法和国内钢铁产品牌号表示方法变化 如Q345代替16Mn 等情况修订后 于2000年4月1日发布 并于2000年11月1日开始实施 优质碳素结构钢 标准 优质碳素结构钢钢号和一般技术规定 GB699 65 优质碳素结构钢 GB699 88 优质碳素结构钢 GB699 1999 钢号表示 采用两位阿拉伯数字 以万分之几计表示平均含碳量 或阿拉伯数字 S 0 045 P 0 040 沸腾钢和半镇静钢 在牌号尾部分别加符号 F 和 b 如平均含碳0 08 沸腾钢 其牌号表示 08F 平均含碳0 10 半镇静钢 其牌号表示 10b 镇静钢 S P分别 0 035 一般不标符号 如平均含碳0 45 镇静钢 其牌号表示 45 较高含锰量的优质碳素结构钢 在表示平均含碳量阿拉伯数字后加锰元素符号 如平均含碳0 50 含锰量0 70 1 00 其牌号表示 50Mn 高级优质碳素结构钢 S P分别 0 030 在牌号后加符号 A 如平均含碳0 45 高级优质碳素结构钢 其牌号表示 45A 特级优质碳素结构钢 S 0 020 P 0 025 在牌号后加符号 E 如平均含碳0 45 特级优质碳素结构钢 其牌号表示为 45E 低合金结构钢 标准 低合金结构钢技术条件 GB1591 79 低合金结构钢 GB1591 88 合金结构钢 GB T3077 1999 钢号表示 采用阿拉伯数字和标准的化学元素符号表示 平均含碳量 以万分之几计 表示 用两位阿拉伯数字表示 放在牌号头部 合金元素含量表示方法为 平均含量小于1 50 时 牌号中仅标明元素 一般不标明含量 平均合金含量为1 50 2 50 2 50 3 50 3 50 4 50 4 50 5 50 时 在合金元素后相应写成2 3 4 5 例如 碳 铬 锰 硅的平均含量分别为0 30 0 95 0 85 1 05 的合金结构钢 当S P含量分别 0 035 时 其牌号表示为 30CrMnSi 高级优质合金结构钢 S P含量分别 0 025 在牌号尾部加符号 A 表示 例如 30CrMnSiA 特级优质合金结构钢 S 0 015 P 0 025 在牌号尾部加符号 E 例如 30CrMnSiE 高压燃气储罐用钢材 压力容器专用钢板 GB6654 1996专用结构钢一般采用代表钢屈服点的符号 Q 屈服点数值和代表产品用途的符号等表示 例如 压力容器用钢牌号表示为 Q345R 采用压力容器专用钢 在钢号尾部标有 R 钢筋钢筋的分类按生产工艺不同 热轧钢筋和冷拔低碳钢丝按钢筋表面形状 光面 人字形和螺纹钢筋热轧钢筋与冷轧低碳钢丝 为了简化管子 管件 阀门和法兰等品种规格 便于成批生产 使之具有互换性 利于安装和设计选用 统一规定其主要结构尺寸与性能参数 管道标准化 第2节管道标准 1 公称直径为设计 制造 安装和检修方便而人为规定的一种标准直径 通常以DN或De de表示 钢管和塑料管 与管道内径或外径接近整数 铸铁管及管件 为内径 法兰 与管道内径或外径接近的整数 工艺设备 压缩机 烃泵 调压器 设备接口的内径 2 公称压力和试验压力公称压力 为设计 制造 安装和使用方便而人为规定的一种标准压力 通常以PN表示 后附以MPa单位 试验压力 为保证安全使用对管道和工艺设备进行强度和密封性试验规定的一种压力 通常以Ps表示 其后附以MPa单位 一般 强度试验Ps 1 5PN 严密性试验Ps PN 3 工作压力和公称压力的关系一定公称压力管道或工艺设备可承受最大工作压力随温度升高而降低 t 工作温度下材料额定许用应力 j 基准温度下材料额定许用应力 可根据管道输送流体温度差异 通常又可分为 常温管道 t 40 120度 低温管道 t450度 燃气工程选用管道及配件时 可比普通介质管道提高一个压力级别 工业金属管道工程施工及验收规范 GB50235 97 燃气工程中常用的管道 钢管铸铁管塑料管复合管 第3节管材 1 钢管按照制造方法 无缝钢管和焊接钢管钢管规格习惯表示方法为 外径 壁厚低压流体输送用焊接钢管用DN表示规格 例如 108 4DN100 无缝钢管 采用热加工的方法制造不带焊缝 标准 输送流体用无缝钢管 GB8163 1999 高压锅炉用无缝钢管 GB5310 1995 高压化肥设备用无缝钢管 GB6479 2000 石油裂化用无缝钢管 GB9948 2006 钢材 普通碳素 优质碳素或低合金结构钢制造方法 热轧 最大 630 和冷轧 最大 219 长度 普通长度 定尺长度和倍尺长度机械性能 表格1 无缝钢管机械性能表表1 焊接 有缝 钢管 采用钢板经带温成型 然后在成型边缘焊接而制成 标准 低压流体输送用焊接钢管 GB T3091 2001按成型方法 螺旋焊缝钢管 钢管直径和长度易调整 较窄钢带卷制较大直径 但焊缝较长 焊缝质量不如直缝焊 和直焊缝钢管 低压流体输送用焊接钢管由焊接性较好的低碳钢焊制 管壁有一条纵向焊缝钢管表面是否镀锌 镀锌和非镀锌出厂壁厚 普通 PN 1 0MPa 加厚 PN 1 6MPa 最小DN6 最大DN150 长度 采用螺纹连接的最大DN50 镀锌钢管规格表2 螺旋缝电焊钢管由带钢螺旋卷制后焊接钢材 普通碳素钢或合金结构钢一般 PN 2 0MPa一般 最小 219 最大 820 长度8 18 钢板卷制直缝电焊钢管由中厚钢板采用直缝卷制后焊接而成 一般 最小 159 钢管检验钢号水压试验机械性能试验外观检查焊接要求 铸铁管燃气管道中应用最广泛管材 使用年限长 生产简便 成本低 且有良好的耐腐蚀性 一般情况下 地下铸铁管的使用年限为六十年以上 按照材质 普通铸铁管 高级铸铁管和球墨铸铁管 普通铸铁管 材质为普通灰铸铁 灰口铸铁中碳以石墨状态存在 破断后断口呈灰色 又称灰口铸铁 灰口铸铁的主要组分 灰口铸铁的主要性能 高级 可锻 铸铁管 进一步脱硫和脱磷 组织致密 韧性加强 抗拉强度可达250MPa 球墨铸铁管 熔炼时在铁水中加入少量球化剂 如 镁 钙等碱土金属或稀土金属 使铸铁中的石墨球化 表面积最小 提高其抗拉强度达到380 450MPa 同时 延伸率增强及冲击韧性提高 铸铁进行球化处理的主要作用是提高铸铁的各种机械性能 球墨铸铁的化学成分 铸造方法 铸造方法有连续式浇铸和离心式浇铸等 3塑料管管道领域 以塑代钢 广泛用燃气输送 给水 排污 农业灌溉 矿山细颗粒固体输送 及油田 化工和邮电通讯等领域 特别在燃气输送上的应用 发展史 国外1920 法国科学家斯陶丁格揭示聚合物奥秘为高分子材料科学奠定基础 1933年英国ICI公司首先发明了聚乙烯 PE 1940年批量使用 1950 1970 PE63 材料的长期静液压强度 MRS 作为压力管道使用 称为第一代PE 1965年 敷设第一条PE管道 1980 90 输气管材PE63发展到PE80 称第二代PE 1990 至今 输气管材PE80 PE100 称为第三代PE 设计使用年限为50年 发展史 国内1980 初 国科委 75 35 02 92 高密度PE燃气管道专用料研制加工应用技术开发科技攻关项目 拉开序幕 1982年 美国菲利普公司在上海曹阳三村试铺了440m低压人工燃气管道 1987年 香港中华煤气开始使用PE 1988年英国和1989年法国在北京建设了PE工程示范小区 1992年 上海挖出82年敷设的PE管道 发现其力学 短期静压性能良好 1995国标GB15558 1 GB15558 2及行标CJJ63 95发布实施 1990 中 中国城市燃气协会对47家燃气公司 包括北京 上海 香港中华燃气 港华煤气公司调查 截至2003年底共敷设PE管道6426Km 占全部燃气管道20 2003年 管径从de40 de315 输气介质包括NG MG LPG 2003年对规范GB15558 1修订 2005年对规范GB15558 2修订 2008年对CJJ63进行了修订 材质国际上将PE管材分PE32 40 63 80和PE100五个等级 目前 燃气管道使用的PE管材及管件 分为PE80 8 0MPa 和PE100 10 0MPa PE80 中密度聚乙烯 MDPE 0 930 0 940g cm3 高密度聚乙烯 HDPE PE100 高密度聚乙烯 HDPE 密度为0 940 0 965g cm3 常用标准尺寸比 SDR de eSDR 标准尺寸比 de 管公称外径 e 管公称规定壁厚 根据GB T10798 2001热塑性塑料管材通用壁厚表和GB T4217 2001 流体输送用热塑性塑料管材公称外径和公称压力 规定的管系列推算出的标准尺寸比有7 4 9 11 13 6 17 21 26 33 我国管材标准沿用欧洲SDR17 6系列 国内燃气多采用SDR11和SDR17 6 常用管材生产与规格 在挤出生产线上进行 目前国内选用进口生产线 基本上实现全自动控制 产品质量稳定效率明显提高 PE燃气管材国标分SDR11和SDR17 6两个系列 管材的颜色有黄色管和黑管加黄条 规格从20mm 250mm 目前国内已应用的最大规格到400mm ISO标准和欧洲标准已将管材的公称外径扩大到630mm 第3节管材 塑料管 聚乙烯管材的规格尺寸表单位 mm 第3节管材 塑料管 聚乙烯管材的规格尺寸表单位 mm 续 我国输送压力的规定 不同种类燃气的最大允许工作压力 聚乙烯 PE 燃气管道技术规程 CJJ63 2008 及 城镇燃气设计规范 GB50028 2006 最新 PE管的特点 PE管具有耐低温 韧性好 刚柔相济的特性 PE管能解决传统管道的腐蚀和接头泄漏两大难题 独特的施工特点 带来巨大经济效益 如美国资料报导 聚乙烯管安装费用低于钢管道安装费用50 而穿插法又比聚乙烯管直接埋地法节约30 40 高韧性可直可卷 欧洲最大卷管达到de160 适用于许多非开挖的敷管技术 其断裂伸长率一般超过500 对管基不均匀沉降的适应能力非常强 也是一种抗震性能优良的管道 一般在主要管道两端设清管井 在1995年日本的神户地震中 聚乙烯燃气管和供水管是唯一幸免的管道系统 正因为如此 日本震后大力推广PE管在燃气领域的使用 强度不如钢管 适用范围受到限制 多用于中压 温度温度范围较窄 20 40度 温度高变软 耐压减低 温度过低 变脆 容易开裂 温度过低 宜采用HDPE 耐腐蚀聚乙烯为惰性材料 除少数强氧化剂外 可耐多种化学介质的侵蚀 无电化学腐蚀 不需要防腐层 不易泄漏采用熔接连接 热熔连接或电熔连接